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Curso de

Redes Computadores 1

Tema8

IP en detalle.

Conmutación, fragmentación y reensamblaje.

Formato de los paquetes IP

Introducción a enrutamiento.

Algoritmos de vector de distancias y de estado de enlace.

Tema 8: Ip en Detalle

© Pearson Educación, S. A.

2Prof. Ricardo Gonzalez

Conmutación

• Conmutar: Cambiar una cosa por otra. Cambiar el destino de una señal o corriente eléctrica

• Conmutación es el proceso de creación de una conexión que realizan los diferentes nodos que existen en distintos lugares y distancias para lograr un camino apropiado para conectar a dos usuarios de una red de telecomunicaciones.




Enlaces de Comunicación

6 nodos 36 enlaces enlaces Kn = n*(n-1)

2

6 nodos 8 enlaces




Redes conmutadas

• Para la transmisión de datos más allá de un entorno local, la comunicación se realiza típicamente mediante la transmisión de datos desde el origen hasta el destino a través de una red de nodos de conmutación intermedios.

• El contenido de los datos no es del interés de los nodos de conmutación.

• Los dispositivos finales son estaciones:— Computadores, terminales, teléfonos, etc.

• El conjunto de nodos y conexiones se denomina red de comunicaciones.

• Los datos que entran a la red procedentes de una estación se encaminan hacia el destino mediante su conmutación de nodo en nodo.




Nodos

• Algunos nodos sólo se conectan con otros nodos, o con estaciones y otros nodos.

• Los enlaces entre nodos están normalmente multiplexados.

• Por lo general, la red no está completamente conectada:

— Siempre resulta deseable tener más de un camino posible a través de la red para cada par de estaciones. Esto mejora la fiabilidad o seguridad de la red.

• Dos tecnologías diferentes:

— Conmutación de circuitos.

— Conmutación de paquetes.




Red de conmutación simple




Conmutación de circuitos

• En la Conmutación de Circuitos existe un camino o canal de comunicación dedicado entre las dos estaciones que se van a comunicar.

• Tres fases:— Establecimiento del circuito.

— Transferencia de datos.

— Desconexión del circuito.

• Cada nodo debe ser capaz de conmutar internamentepara gestionar la conexión solicitada.

• Los conmutadores deben contar con la inteligencia necesaria para realizar estas reservas y establecer una ruta a través de la red.




Aplicaciones de la conmutación

de circuitos

• Poco Eficiente:

—La capacidad del canal se dedica permanentemente a la conexión mientras dura ésta.

—Si no hay datos, la capacidad se gasta.

• La conexión tarda.

• Una vez establecido el circuito, la red es transparente para los usuarios.

• La conmutación de circuitos fue desarrollada para el tráfico de voz (teléfono).




Conexión sobre una red pública

de conmutación de circuitos




Componentes de una red

pública de telecomunicaciones

• Abonados:— Dispositivos que se conectan a la red.

• Línea de abonado:— Bucle local.

— Bucle de abonado.

— Conexión a la red.

— La longitud del bucle local está normalmente comprendida en el rango que va desde unos pocos kilómetros hasta varias decenas de ellos.

• Centrales:— Centros de conmutación de la red.

— Centrales finales que conectan directamente a los abonados.

• Líneas troncales:— Enlaces entre centrales.

— Hacen uso de la multiplexación.




Establecimiento de un circuito




Elementos de un nodo de

conmutación de circuitos




Conmutación de Circuitos

XY

A B

CD





XY

A B

CD

Se reserva el circuito





XY

A B

CD






XY

A B

CD

Se libera el circuito




Dispositivo de conmutación de circuitos

bloqueante o no bloqueante

• Bloqueante:

— La red no puede conectar a dos estaciones debido a que todos los posibles caminos entre ellas están siendo ya utilizados.

— Una red bloqueante es aquella en la que es posible el bloqueo.

— La configuración bloqueante resulta generalmente aceptable cuando una red sólo admite tráfico de voz:

• Llamadas telefónicas de corta duración.

• No bloqueante:

— Permite que todas las estaciones se conecten simultáneamente(en parejas).

— Se utiliza para aplicaciones de datos.




Conmutación por división en el

espacio

• Se desarrolló originalmente para entornos analógicos.

• Las rutas de señal que se establecen son físicamente independientes entre sí.

• Conmutador de conexiones:

— El número de conexiones crece con el cuadrado del número de estaciones conectadas.

— La pérdida de un cruce impide la conexión entre los dos dispositivos.

— Las conexiones se utilizan de forma ineficiente:

• Incluso cuando todos los dispositivos conectados se encuentran activos.

— No bloqueante.




Conmutador por división en el

espacio





espacio multietapa

• Número reducido de puntos de cruce.

• Existe más de una ruta a través de la red:

—Aumento de la fiabilidad.

• Esquema de control más complejo.

• Puede ser bloqueante.





espacio de tres etapas





tiempo

• Los sistemas digitales modernos se basan en el control inteligente de elementos de división en el espacio y división en el tiempo.

• Todos los conmutadores de circuitos modernos emplean técnicas por división en el tiempo para el establecimiento y el mantenimiento de los circuitos.

• Fragmentación de una cadena de bits de menor velocidad en segmentos que compartirán una secuencia de velocidad superior con otras cadenas de bits.




Principios de conmutación de

paquetes

• Las redes de telecomunicaciones de conmutación de circuitos de larga distancia se diseñaron originalmente para el tráfico de voz:

—Se dedican recursos internos de la red a una llamada particular.

—La línea está desocupada la mayor parte del tiempo.

—La velocidad de datos es constante:

• Los dos dispositivos conectados deben transmitir y recibir a la misma velocidad.




Funcionamiento de la

conmutación de paquetes

• Los datos se transmiten en paquetes cortos:—Siendo 1.000 octetos un límite superior típico de la

longitud de los mismos.

—Los mensajes de mayor longitud se segmentan en una serie de paquetes.

—Cada paquete contiene una parte de los datos de usuario más cierta información de control.

• Información de control:—Información de encaminamiento.

• El paquete se recibe, se almacena temporalmente y se envía al siguiente nodo.




Utilización de paquetes




Fragmentación de paquetes

Animación

La fragmentación IP denota la distribución de un paquete IP

entre varios bloques de datos, si su tamaño sobrepasa la

unidad máxima de transferencia (Maximum Transfer Unit -

MTU) del canal.




Ventajas

• Eficiencia de la línea:— Un único enlace entre dos nodos se puede compartir

dinámicamente en el tiempo entre varios paquetes.

— Los paquetes forman una cola y se transmiten sobre el enlace tan rápidamente como es posible.

• Conversión en la velocidad de los datos:— Cada estación se conecta al nodo local con una velocidad

particular.

— Los nodos almacenan los datos si es necesario para igualar las velocidades.

• Los paquetes se aceptan incluso cuando la red está ocupada:— Aumenta el retardo en la transmisión.

• Se puede hacer uso de prioridades.




Técnica de conmutación

• La estación fragmenta el mensaje largo en paquetes.

• Envía los paquetes, de uno en uno, hacia la red.

• Los paquetes se tratan de dos formas:

—Datagramas.

—Circuitos virtuales.




Datagramas

• Cada paquete se trata de forma independiente.

• Los paquetes pueden tomar cualquier ruta práctica.

• Los paquetes pueden llegar de forma desordenada.

• Los paquetes se pueden perder en la red.

• El destino final es el responsable de llevar a cabo la reordenación de los paquetes y la recuperación de las partes perdidas.




Conmutación de paquetes mediante

datagramas





datagramas

Animacion




Circuitos virtuales

• Se establece una ruta previa al envío de los paquetes.

• Se usan paquetes de solicitud de llamada y de aceptación de llamada para establecer la conexión.

• Cada paquete contiene un identificador de circuito virtual en lugar de una dirección de destino.

• No es necesaria una decisión de encaminamiento para cada paquete en cada nodo.

• No es una ruta dedicada.





circuitos virtuales





circuitos virtuales

XY

A B

CD





circuitos virtuales

XY

A B

CD

1234






circuitos virtuales

XY

A B

CD

1

234





circuitos virtuales

XY

A B

CD

12

34





circuitos virtuales

XY

A B

CD

1

23

4





circuitos virtuales

XY

A B

CD

12

34





circuitos virtuales

XY

A B

CD

123

4





circuitos virtuales

XY

A B

CD

1234





circuitos virtuales

XY

A B

CD

Se libera el cirtuito




Circuitos virtuales frente a

datagramas

• Circuitos virtuales— La red puede ofrecer servicios sobre el circuito virtual,

incluyendo orden secuencial y control de errores.

— Los paquetes viajan por la red más rápidamente:

• No es necesaria una decisión de encaminamiento.

— Menos fiables:

• La pérdida de un nodo hará que se pierdan todos los circuitos virtuales que atraviesan ese nodo.

• Datagramas— No existe la fase de establecimiento de llamada:

• Si una estación desea enviar pocos paquetes, el envío resulta más rápido.

— Más flexible:

• El encaminamiento se puede utilizar para evitar las partes congestionadas de la red.




Efecto del tamaño del paquete en el

tiempo de transmisión

X Ya b




Eventos temporales en conmutación de

circuitos y en conmutación de paquetes

Prestaciones:

•Retardo de propagación.

•Tiempo de transmisión.

•Retardo de nodo.

Enrutamento o

Encaminamiento




Enrutamiento en redes de


• Muchas de las conexiones necesitan una ruta que atraviese más de un conmutador.

• La red debe encontrar una ruta que implique:— Eficiencia: usar el mínimo de equipamiento posible— Flexibilidad: debe proporcionar tráfico razonable aún en condiciones

adversas.

• Los conmutadores de una red se pueden organizar en una estructura en árbol:— El encaminamiento estático utiliza la misma aproximación todo

el tiempo.

• El enrutamiento dinámico permite los cambios en las rutas dependiendo del tráfico:— Utiliza una estructura de relación de igual a igual para los

nodos.




Encaminamiento alternativo

• Las posibles rutas entre dos centrales finales se encuentran predefinidas.

• Es responsabilidad del conmutador origen seleccionar el camino adecuado para cada llamada.

• Cada conmutador dispone de un conjunto de rutas prefijadas, en orden de preferencia.

• Diferentes conjuntos de rutas pueden ser usadas en momentos diferentes.




Diagrama de Rutas Alternas

XY




Enrutamiento en redes de


• Uno de los aspectos más complejos y cruciales del diseño de redes de conmutación de paquetes es el relativo al enrutamiento.

• Características necesarias:—Exactitud.

—Simplicidad.

—Robustez.

—Estabilidad.

—Imparcialidad.

—Optimización.

—Eficiencia.




Criterios de rendimiento

• Usados para seleccionar una ruta

—Número mínimo de Saltos (Hops)

• Menor Costo ( Latencia, Delay, Costo económico, etc)

—Ver Algoritmos de Enrutamiento




Ejemplo de una Red




Instante y lugar de decisión de

encaminamiento

• Tiempo o Instante ( En que momento )

—En base a un paquete o a un circuito virtual.

• Lugar ( En que lugar )

—Encaminamiento distribuido:

• Se lleva a cabo por cada nodo.

—Encaminamiento centralizado.

—Encaminamiento desde el origen o desde la fuente.




Instante y Lugar de la Decisión

de Encaminamiento

• Las decisiones de encaminamiento se suelen tomar en base al conocimiento de la red (pero no siempre).

• Encaminamiento distribudo:— Los nodos hacen uso de información local.— Pueden utilizar información de los nodos adyacentes.— Pueden obtener información de todos los nodos de una

potencial ruta de interés.

• Encaminamiento central:— Recopila información de todos los nodos.

• Tiempo de actualización:— Cuando los nodos tienen información actualizada de la red.— Para una estrategia de encaminamiento estático, la información

no se actualiza nunca. (Costos Fijos- )— Para una técnica adaptable, la actualización se lleva a cabo

periódicamente o a intervalos regulares. (Costos Adaptativos )




• Stallings, W. [2004] Comunicaciones y Redes de Computadores (7ª Edición), Pearson Educación, S.A., Madrid, Capítulos 10 y 12.

• Información sobre el encaminamiento de ComerD. Internetworking with TCP/IP Volume 1, Prentice Hall, Upper Saddle River NJ.

• Material del prof. Rogelio Montañana. Departamento de Informática. Universidad de Valencia. http://www.uv.es/~montanan

Lecturas recomendadas




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